大跨度桥梁——理论与分析（HUST21世纪高等学校教学用书）pdf/txt下载_在线阅读全文

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随着交通事业的发展和桥梁建造技术的进步，在大江大河上修建大跨度桥梁已十分普遍，这就导致桥梁建设规模越来越大，桥梁结构也越来越复杂。《大跨度桥梁——理论与分析(中英文参照)》由胡隽编著，全书介绍了大跨度桥梁的计算理论、计算方法、构造原理、规划设计、施工要点与一些大跨度桥梁工程应用实例。

内容简介

　　根据高等学校道路桥梁与渡河工程专业教学的要求，本书参照国内外大跨度桥梁的相关文献，对大跨度桥梁作了较为系统的介绍，重点介绍了各类大跨度桥梁的计算理论、计算方法、构造原理、规划设计、施工要点与一些大跨度桥梁工程的应用实例，以使读者较好地了解大跨度桥梁的现状及未来发展方向。?本书为高等学校土木工程、道路桥梁与渡河工程专业用教材，也可供铁路、公路和城市建设部门从事桥梁设计、工程研究、施工管理等专业技术人员参考。

作者简介

胡隽，博士后，华中科技大学副教授，中国科技论文在线专家库成员，主要研究方向有大跨度桥梁施工监控技术、桥梁结构检测与加固等，参与宜万铁路宜昌长江大桥、天兴洲公铁两用长江大桥等的设计计算和工程监测，发表大量的积极论文，其中被四大索引收录十余篇。

目　　录

第1章绪论 1.1 概述 1.2 桥梁的分类 1.2.1 梁式体系 1.2.2 拱式体系 1.2.3 刚架桥 1.2.4 缆索承重桥 1.2.5 组合体系桥 1.3 桥梁建筑现状及展望 1.3.1 桥梁建筑的现状 1.3.2 现代桥梁建设规模 1.3.3 桥梁建筑的前景展望 1.3.4 21世纪世界主要跨海大桥规划概况 1.3.5 意大利墨西拿海峡大桥设计方案 1.3.6 超长跨度桥梁的构思和建议方案 1.3.7 超长跨度桥梁结构体系的构思和建议方案 1.3.8 21世纪特大跨度桥梁所应具备的主要性能与设计施工水平 1.3.9 常规悬索桥与斜拉桥可能达到的最大跨度第2章大跨度桥梁结构分析及有限元基本理论 2.1 大跨度桥梁结构分析概况 2.2 现有结构分析程序 2.3 有限元分析的基本概念和计算步骤 2.3.1 单元分析 2.3.2 整体分析 2.3.3 用直接刚度法形成结构刚度矩阵 2.3.4 支承条件的引入 2.3.5 非节点荷载的处理 2.3.6 有限元分析的基本步骤 2.4 基于最小势能原理的有限元法 2.4.1 基本理论 2.4.2 二力杆单元的刚度方程 2.4.3 自由扭转杆单元的刚度方程 2.4.4 平面梁单元的刚度方程 2.5 杆系结构的非线性分析理论 2.5.1 概述 2.5.2 几何非线性分析 2.5.3 材料非线性分析 2.5.4 非线性方程组的求解 2.6 稳定计算理论 2.6.1 概述 2.6.2 第一类稳定有限元分析 2.6.3 第二类稳定有限元分析 2.7 小结第3章桥梁结构的数值分析方法 3.1 概述 3.2 结构简化及其数值模拟 3.2.1 结构建模与离散 3.2.2 材料和截面特性描述 3.2.3 边界条件模拟 3.2.4 荷载模拟 3.3 梁式桥的结构分析 3.3.1 恒载内力的计算 3.3.2 附加荷载内力计算 3.3.3 活载内力计算 3.3.4 荷载组合 3.3.5 预应力柬的布置与计算 3.3.6 结构验算 3.3.7 计算实例 3.4 拱桥的结构分析 3.5 斜拉桥的结构分析 3.6 悬索桥的结构分析 3.6.1 悬索桥的受力特征与计算流程 3.6.2 确定主要构件基本尺寸的计算 3.6.3 悬索桥恒载构型计算 3.6.4 悬索桥内力与变形计算 3.6.5 计算实例 3.7 小结第4章大跨度预应力混凝土梁式桥关键问题分析 4.1 结构恒载内力计算 4.2 悬臂浇筑施工时连续梁的恒载内力计算 4.3 顶推法施工时连续梁桥的恒载内力计算 4.4 活载内力计算 4.5 非简支体系梁桥的内力影响线 4.6 预应力效应计算的等效荷载法 4.6.1 预应力次内力的概念 4.6.2 等效荷载法原理 4.6.3 等效荷载法的应用 4.6.4 吻合束的概念 4.7 混凝土徐变次内力计算的换算弹性模量法 4.7.1 徐变次内力概念 4.7.2 徐变系数表达式 4.7.3 结构混凝土的徐变变形计算 4.7.4 超静定梁的徐变次内力计算 4.7.5 逐阶段徐变分析的有限单元法 4.8 混凝土收缩次内力计算 4.9 基础沉降次内力计算 4.10 温度次内力和自应力计算 4.10.1 基本概念 4.10.2 基本结构上的温度自应力计算 4.10.3 连续梁温度次内力计算 4.11 悬臂施工时挠度和预拱度计算 4.11.1 一期恒载作用下的挠度计算和预拱度设置 4.11.2 设置预拱度应考虑的因素第5章大跨度拱桥 5.1 拱桥简述 5.1.1 拱桥的发展简史及研究现状 5.1.2 拱桥的主要类型 5.2 梁拱组合体系桥梁简述 5.2.1 粱拱组合式体系桥梁的产生及发展 5.2.2 粱拱组合体系桥梁分类及特点 5.2.3 粱拱组合体系桥梁的优点 5.2.4 粱拱组合桥的发展现状 5.2.5 粱拱组合体系桥梁存在的问题 5.3 钢管混凝土在拱桥中的应用 5.3.1 钢管混凝土结构发展概况 5.3.2 钢管混凝土结构类型 5.3.3 钢管混凝土拱桥具有的独特优点 5.3.4 钢管混凝土的工作机理及工作性能 5.3.5 钢管混凝土拱桥目前存在的问题及发展前景 5.4 钢管混凝土的基本计算理论 5.4.1 概述 5.4.2 短柱轴心受压的承载力计算 5.4.3 弹性变形模量的计算 5.5 钢管混凝土的构造特点 5.5.1 钢管混凝土拱桥的构造特点 5.5.2 钢管混凝土拱桥的设计和计算 5.6 钢管混凝土拱桥桥例第6章大跨度缆索承重桥梁 6.1 缆索承重桥梁的研究现状 6.2 缆索承重桥梁的经济性 6.2.1 概述 6.2.2 悬索体系 6.2.3 斜拉体系 6.2.4 吊拉组合体系 6.3 非线性有限元方程及解法 6.3.1 非线性有限元方程的建立 6.3.2 非线性方程的解法 6.3.3 收敛准则 6.4 大跨度缆索承重桥梁的单元分析 6.4.1 缆索单元 6.4.2 梁塔单元 6.4.3 吊杆单元 6.5 小结

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第1章  绪论
  1.1 概述
  1.2 桥梁的分类
  1.2.1 梁式体系
  1.2.2 拱式体系
  1.2.3 刚架桥
  1.2.4 缆索承重桥
  1.2.5 组合体系桥
  1.3 桥梁建筑现状及展望
  1.3.1 桥梁建筑的现状
  1.3.2 现代桥梁建设规模
  1.3.3 桥梁建筑的前景展望
  1.3.4 21世纪世界主要跨海大桥规划概况
  1.3.5 意大利墨西拿海峡大桥设计方案
  1.3.6 超长跨度桥梁的构思和建议方案
  1.3.7 超长跨度桥梁结构体系的构思和建议方案
  1.3.8 21世纪特大跨度桥梁所应具备的主要性能与设计施工水平
  1.3.9 常规悬索桥与斜拉桥可能达到的最大跨度
第2章  大跨度桥梁结构分析及有限元基本理论
  2.1 大跨度桥梁结构分析概况
  2.2 现有结构分析程序
  2.3 有限元分析的基本概念和计算步骤
  2.3.1 单元分析
  2.3.2 整体分析
  2.3.3 用直接刚度法形成结构刚度矩阵
  2.3.4 支承条件的引入
  2.3.5 非节点荷载的处理
  2.3.6 有限元分析的基本步骤
  2.4 基于最小势能原理的有限元法
  2.4.1 基本理论
  2.4.2 二力杆单元的刚度方程
  2.4.3 自由扭转杆单元的刚度方程
  2.4.4 平面梁单元的刚度方程
  2.5 杆系结构的非线性分析理论
  2.5.1 概述
  2.5.2 几何非线性分析
  2.5.3 材料非线性分析
  2.5.4 非线性方程组的求解
  2.6 稳定计算理论
  2.6.1 概述
  2.6.2 第一类稳定有限元分析
  2.6.3 第二类稳定有限元分析
  2.7 小结
第3章  桥梁结构的数值分析方法
  3.1 概述
  3.2 结构简化及其数值模拟
  3.2.1 结构建模与离散
  3.2.2 材料和截面特性描述
  3.2.3 边界条件模拟
  3.2.4 荷载模拟
  3.3 梁式桥的结构分析
  3.3.1 恒载内力的计算
  3.3.2 附加荷载内力计算
  3.3.3 活载内力计算
  3.3.4 荷载组合
  3.3.5 预应力柬的布置与计算
  3.3.6 结构验算
  3.3.7 计算实例
  3.4 拱桥的结构分析
  3.5 斜拉桥的结构分析
  3.6 悬索桥的结构分析
  3.6.1 悬索桥的受力特征与计算流程
  3.6.2 确定主要构件基本尺寸的计算
  3.6.3 悬索桥恒载构型计算
  3.6.4 悬索桥内力与变形计算
  3.6.5 计算实例
  3.7 小结
第4章  大跨度预应力混凝土梁式桥关键问题分析
  4.1 结构恒载内力计算
  4.2 悬臂浇筑施工时连续梁的恒载内力计算
  4.3 顶推法施工时连续梁桥的恒载内力计算
  4.4 活载内力计算
  4.5 非简支体系梁桥的内力影响线
  4.6 预应力效应计算的等效荷载法
  4.6.1 预应力次内力的概念
  4.6.2 等效荷载法原理
  4.6.3 等效荷载法的应用
  4.6.4 吻合束的概念
  4.7 混凝土徐变次内力计算的换算弹性模量法
  4.7.1 徐变次内力概念
  4.7.2 徐变系数表达式
  4.7.3 结构混凝土的徐变变形计算
  4.7.4 超静定梁的徐变次内力计算
  4.7.5 逐阶段徐变分析的有限单元法
  4.8 混凝土收缩次内力计算
  4.9 基础沉降次内力计算
  4.10 温度次内力和自应力计算
  4.10.1 基本概念
  4.10.2 基本结构上的温度自应力计算
  4.10.3 连续梁温度次内力计算
  4.11 悬臂施工时挠度和预拱度计算
  4.11.1 一期恒载作用下的挠度计算和预拱度设置
  4.11.2 设置预拱度应考虑的因素
第5章  大跨度拱桥
  5.1 拱桥简述
  5.1.1 拱桥的发展简史及研究现状
  5.1.2 拱桥的主要类型
  5.2 梁拱组合体系桥梁简述
  5.2.1 粱拱组合式体系桥梁的产生及发展
  5.2.2 粱拱组合体系桥梁分类及特点
  5.2.3 粱拱组合体系桥梁的优点
  5.2.4 粱拱组合桥的发展现状
  5.2.5 粱拱组合体系桥梁存在的问题
  5.3 钢管混凝土在拱桥中的应用
  5.3.1 钢管混凝土结构发展概况
  5.3.2 钢管混凝土结构类型
  5.3.3 钢管混凝土拱桥具有的独特优点
  5.3.4 钢管混凝土的工作机理及工作性能
  5.3.5 钢管混凝土拱桥目前存在的问题及发展前景
  5.4 钢管混凝土的基本计算理论
  5.4.1 概述
  5.4.2 短柱轴心受压的承载力计算
  5.4.3 弹性变形模量的计算
  5.5 钢管混凝土的构造特点
  5.5.1 钢管混凝土拱桥的构造特点
  5.5.2 钢管混凝土拱桥的设计和计算
  5.6 钢管混凝土拱桥桥例
第6章  大跨度缆索承重桥梁
  6.1 缆索承重桥梁的研究现状
  6.2 缆索承重桥梁的经济性
  6.2.1 概述
  6.2.2 悬索体系
  6.2.3 斜拉体系
  6.2.4 吊拉组合体系
  6.3 非线性有限元方程及解法
  6.3.1 非线性有限元方程的建立
  6.3.2 非线性方程的解法
  6.3.3 收敛准则
  6.4 大跨度缆索承重桥梁的单元分析
  6.4.1 缆索单元
  6.4.2 梁塔单元
  6.4.3 吊杆单元
  6.5 小结
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前　　言

前言、目录见附件1

在线试读部分章节

2.1大跨度桥梁结构分析概况大跨度桥梁结构分析是通过桥梁设计资料的汇集，提炼出结构分析条件，然后运用结构分析理论和方法，进行结构计算，最后对计算结果进行判断、审核，决定取舍后将结果转换成有用的设计数据，提供设计者评估桥梁性能和进行结构优化的全过程。结构分析条件包括自然条件、技术条件和假设条件三部分。自然条件是指桥址处的气象、水文、地质和地形等。对于指定桥位，自然条件是客观存在的；技术条件是指桥梁上通过的车辆、行人及其它特种荷载等技术要求，包括车道数、荷载等级、行车速度等。技术条件是由主管建设部门通过全面统筹考虑，作为设计任务书内容下达的。在较复杂的工程中，也可由设计单位研究并提出设计建议书，经过专家论证并经主管建设的上级部门审查确定；假设条件是为了对结构进行合理分析，根据前面两个条件和目前已有的经验，对分析对象的结构模式、边界约束条件、工作状态等进行的假定，假定条件的正确与否是决定理论分析对象是否代表实际结构的关键。桥梁结构分析理论是在经典的结构力学基础上发展起来的，主要研究假定的桥梁结构模型在一定荷载作用下的响应。随着桥梁事业的迅速发展，传统桥梁设计思想受到了冲击，导致桥梁结构分析理论的进一步发展。在结构受力方面，传统设计方法仅以恒载一次落架作为结构恒载受力状态。现代桥梁设计首先考虑施工方法对结构受力的影响，不同的施工方法最终导致结构中不同的内力状态；其次考虑结构中部分构件的可调性，利用预应力索、斜拉索、吊索或吊杆的可张拉性来改变桥梁结构内力的分配，最大限度地使结构受力趋于合理；还运用优化方法，对结构的分跨、横断面的设计和受力状态等进行优化。由于桥梁跨径的增大，恒载在桥梁结构总荷载中所占的比例增大，因此合理确定成桥恒载状态成为桥梁设计中十分重要的环节。在结构线形设计方面，传统设计认为结构线形可根据工程需要，由设计人员设定，并以结构恒载一次落架产生的挠度值与部分活载挠度叠加后反号作为预拱度，以期成桥结构在恒活载作用下达到最佳线形。现代桥梁设计将施工过程与成桥状态结合起来考虑，以成桥线形为目标，寻找每一施工阶段的设计状态，将恒载变形消除在施工阶段。可见，现代桥梁设计已将施工方法与施工过程作为设计不可分割的重要组成部分，而结构分析也将贯穿于整个设计过程。新材料和新的施工工艺与方法在桥梁工程中得到广泛应用，桥跨不断增大，新型桥梁结构形式不断推出，使结构分析变得更加复杂，也促进了桥梁理论的发展。当前桥梁结构分析所面临的问题主要有以下几个方面：（1）大跨径和新材料引起的几何、材料非线性问题；（2）分阶段、分层施工与体系转换带来的结构仿真计算要求；（3）空间预应力索及其分批、分节、分阶段张拉数值模拟与计算问题；（4）混凝土构件徐变、收缩和预应力索松弛引起的结构内力重分配；（5）不断提高的对结构关心截面内力、变位量的控制要求和结构优化要求；（6）横向风力等空间荷载引起的结构内力与变形及其对结构面内受力的非线性效应；（7）弯坡斜桥的空间受力分析、影响面及其加载问题；（8）结构的稳定问题。这些基本问题及由其引出的组合性问题，促进了桥梁结构分析理论的发展，下面以悬索桥为例来回顾一下桥梁结构静力分析理论的发展。悬索桥的计算经历了线弹性理论、挠度理论和有限位移理论的发展过程。1823年法国工程师Navier发表了柔性吊桥理论，后经Steinman发展成为标准弹性理论。这一理论不计荷载对结构线形的影响，不考虑重力刚度影响。计算早期跨度较小、刚度较大的悬索桥，可以得到满足工程要求的结果。随着桥跨增大，结构刚度相对变小；结构在外荷载作用下引起的竖向位移和主缆索力改变对结构平衡的影响越来越大。Melan于1888年在维也纳提出了挠度理论，将梁的平衡方程建立在变形后的位置上，并考虑了主缆拉力的二阶影响，但这一理论的平衡方程未计入吊杆伸长、结构水平位移及加劲梁剪切变形的影响，使离散吊杆等同于刚性膜，以致于挠度理论又称为膜理论。挠度理论从1908年开始应用于纽约的Manhattan大桥设计后，充分显示了它的优越性。此后的数十年中，挠度理论为悬索桥的发展做出了巨大贡献。尽管如此，这一理论的平衡方程求解还是复杂的，Timoshenko1928年提出了三角级数解，Godard提出了线性挠度理论，李国豪教授于1941年提出了等代梁法，将挠度理论中的非线性项等代于偏心受拉梁的弯矩减小系数，揭示了悬索桥受力的本质。现代悬索桥在桥跨增大的同时，加劲梁相对刚度不断减小，其高跨比已小于1/300。结构变得越来越柔，分析中吊索伸长、水平位移等因素已变得不可忽略，而且，斜拉桥等一些新桥型不断朝大跨径迈进，使得梁柱效应等问题突出，挠度理论在解决这类问题时显得无能为力。20世纪60年代初，M.J.Turner、Brotton等开始发表求解大位移、初应力力学问题的研究成果，即后来形成的有限位移理论。这种理论是相对于微小位移理论而言的。在微小位移理论中认为，外力产生的变形不影响力的平衡，在挠度理论中只计入部分影响，而在有限位移中，荷载的平衡状态是以变形后的结构状态为基础的。在此后的发展中，Poskitt、Saffan等在此领域里都做出了自己的贡献。现代有限位移理论往往通过有限元方法来实现。在杆单元中，处理构件的非线性刚度效应主要采用稳定函数法、几何刚度矩阵法。Saffan理论就是在稳定函数的基础上，同时考虑了结构几何变形的影响，以增量求解的方法实现结构的有限位移分析。Fleming也是利用稳定函数的轴力对弯矩和弯矩对轴力的影响来修正传统的线性刚度阵。Nazmy等人把Fleming法的平面问题推广到空间分析中去。现代悬索桥的分析必须计入施工过程对结构受力的影响。首先计算构件无应力长度，然后根据施工流程逐阶段计算本次施工引起的已建结构状态变化，并对内力和变形进行累计，最终形成成桥内力和构形。悬索桥计算理论的发展，在一定程度上也代表了其它桥梁结构计算理论的发展。大跨径拱桥的计算就经历了与悬索桥相同的发展过程。早期中等跨径斜拉桥，计算中用杆单元模拟斜拉索，发现了斜拉索垂度对结构刚度的影响，Ernst首先提出了用换算弹性模量法来改善计算结果。当索长小于200m且拉索应力在500MPa左右时，其误差小于5%，因此，Ernst公式的应用是有条件限制的。对那些跨径大、梁或塔轴力对弯矩的影响大、结构几何非线性特征明显的结构一般用非线性分析。而对那些结构刚度较大，跨径不大的桥型，如连续梁、刚构等，目前仍采用线弹性理论进行分析。当今桥梁结构静力分析在大跨径桥梁计算方面，还致力于结构的成桥状态确定和非线性施工仿真计算。分析更注重于精细化，比如悬索桥主缆与鞍座在施工过程中的接触问题、斜拉桥拉索锚固区的局部应力分析等问题均都有学者进行了研究。由于有限元方法的完善和计算机技术的发展，桥梁结构的静力分析方法已逐步统一于程序化有限元分析。对计算结果进行判断、审核是桥梁结构分析的又一重要环节。在这一环节中，必须明确结构分析的目的。我们分析结构的目的不仅是为了研究其假定模型在一定荷载作用下最可能的响应，而且还要回答分析结果与假设条件是否相符的问题，比如假定土是弹性体，而计算结果却出现桩在土内的位移量很大，相应位置的土的应变已经超过了其弹性应变，此时分析结果与土是弹性体的假定不符，应该修正假定。同样，假定结构是线弹性的，而计算结果却出现局部构件应力超过材料屈服极限的现象，也是分析结果与假定不符的例子。将结果转换成有用的设计数据也是桥梁结构分析不可缺少的重要一环。随着计算机的发展，科学计算的可视化技术已越来越为人们所重视。它可以将科学计算过程中以及计算结果的数据转换成几何图形及图像信息，在屏幕上显示出来并进行交互处理，成为发现和理解科学计算过程中各种现象的有力工具。这一技术在桥梁结构分析软件中的应用，不仅能使各种计算命令图像化、菜单化；数据交互输入形象化，而且能用图像检查输入文件的正误；动态显示活载影响线及加载过程；仿真显示施工过程及相应结构的变形和内力状态。一旦发现异常，便可中断计算，对结构的约束、荷载、预应力等一系列参数进行复查。

<p>2.1
大跨度桥梁结构分析概况大跨度桥梁结构分析是通过桥梁设计资料的汇集，提炼出结构分析条件，然后运用结构分析理论和方法，进行结构计算，最后对计算结果进行判断、审核，决定取舍后将结果转换成有用的设计数据，提供设计者评估桥梁性能和进行结构优化的全过程。结构分析条件包括自然条件、技术条件和假设条件三部分。自然条件是指桥址处的气象、水文、地质和地形等。对于指定桥位，自然条件是客观存在的；技术条件是指桥梁上通过的车辆、行人及其它特种荷载等技术要求，包括车道数、荷载等级、行车速度等。技术条件是由主管建设部门通过全面统筹考虑，作为设计任务书内容下达的。在较复杂的工程中，也可由设计单位研究并提出设计建议书，经过专家论证并经主管建设的上级部门审查确定；假设条件是为了对结构进行合理分析，根据前面两个条件和目前已有的经验，对分析对象的结构模式、边界约束条件、工作状态等进行的假定，假定条件的正确与否是决定理论分析对象是否代表实际结构的关键。桥梁结构分析理论是在经典的结构力学基础上发展起来的，主要研究假定的桥梁结构模型在一定荷载作用下的响应。随着桥梁事业的迅速发展，传统桥梁设计思想受到了冲击，导致桥梁结构分析理论的进一步发展。在结构受力方面，传统设计方法仅以恒载一次落架作为结构恒载受力状态。现代桥梁设计首先考虑施工方法对结构受力的影响，不同的施工方法最终导致结构中不同的内力状态；其次考虑结构中部分构件的可调性，利用预应力索、斜拉索、吊索或吊杆的可张拉性来改变桥梁结构内力的分配，最大限度地使结构受力趋于合理；还运用优化方法，对结构的分跨、横断面的设计和受力状态等进行优化。由于桥梁跨径的增大，恒载在桥梁结构总荷载中所占的比例增大，因此合理确定成桥恒载状态成为桥梁设计中十分重要的环节。在结构线形设计方面，传统设计认为结构线形可根据工程需要，由设计人员设定，并以结构恒载一次落架产生的挠度值与部分活载挠度叠加后反号作为预拱度，以期成桥结构在恒活载作用下达到最佳线形。现代桥梁设计将施工过程与成桥状态结合起来考虑，以成桥线形为目标，寻找每一施工阶段的设计状态，将恒载变形消除在施工阶段。可见，现代桥梁设计已将施工方法与施工过程作为设计不可分割的重要组成部分，而结构分析也将贯穿于整个设计过程。新材料和新的施工工艺与方法在桥梁工程中得到广泛应用，桥跨不断增大，新型桥梁结构形式不断推出，使结构分析变得更加复杂，也促进了桥梁理论的发展。当前桥梁结构分析所面临的问题主要有以下几个方面：（1）
大跨径和新材料引起的几何、材料非线性问题；（2） 分阶段、分层施工与体系转换带来的结构仿真计算要求；（3）
空间预应力索及其分批、分节、分阶段张拉数值模拟与计算问题；（4） 混凝土构件徐变、收缩和预应力索松弛引起的结构内力重分配；（5）
不断提高的对结构关心截面内力、变位量的控制要求和结构优化要求；（6）
横向风力等空间荷载引起的结构内力与变形及其对结构面内受力的非线性效应；（7） 弯坡斜桥的空间受力分析、影响面及其加载问题；（8）
结构的稳定问题。这些基本问题及由其引出的组合性问题，促进了桥梁结构分析理论的发展，下面以悬索桥为例来回顾一下桥梁结构静力分析理论的发展。悬索桥的计算经历了线弹性理论、挠度理论和有限位移理论的发展过程。1823年法国工程师Navier发表了柔性吊桥理论，后经Steinman发展成为标准弹性理论。这一理论不计荷载对结构线形的影响，不考虑重力刚度影响。计算早期跨度较小、刚度较大的悬索桥，可以得到满足工程要求的结果。随着桥跨增大，结构刚度相对变小；结构在外荷载作用下引起的竖向位移和主缆索力改变对结构平衡的影响越来越大。Melan于1888年在维也纳提出了挠度理论，将梁的平衡方程建立在变形后的位置上，并考虑了主缆拉力的二阶影响，但这一理论的平衡方程未计入吊杆伸长、结构水平位移及加劲梁剪切变形的影响，使离散吊杆等同于刚性膜，以致于挠度理论又称为膜理论。挠度理论从1908年开始应用于纽约的Manhattan大桥设计后，充分显示了它的优越性。此后的数十年中，挠度理论为悬索桥的发展做出了巨大贡献。尽管如此，这一理论的平衡方程求解还是复杂的，Timoshenko
1928年提出了三角级数解，Godard提出了线性挠度理论，李国豪教授于1941年提出了等代梁法，将挠度理论中的非线性项等代于偏心受拉梁的弯矩减小系数，揭示了悬索桥受力的本质。现代悬索桥在桥跨增大的同时，加劲梁相对刚度不断减小，其高跨比已小于1/300。结构变得越来越柔，分析中吊索伸长、水平位移等因素已变得不可忽略，而且，斜拉桥等一些新桥型不断朝大跨径迈进，使得梁柱效应等问题突出，挠度理论在解决这类问题时显得无能为力。
20世纪60年代初，M.J.Turner、Brotton等开始发表求解大位移、初应力力学问题的研究成果，即后来形成的有限位移理论。这种理论是相对于微小位移理论而言的。在微小位移理论中认为，外力产生的变形不影响力的平衡，在挠度理论中只计入部分影响，而在有限位移中，荷载的平衡状态是以变形后的结构状态为基础的。在此后的发展中，Poskitt、Saffan等在此领域里都做出了自己的贡献。现代有限位移理论往往通过有限元方法来实现。在杆单元中，处理构件的非线性刚度效应主要采用稳定函数法、几何刚度矩阵法。Saffan理论就是在稳定函数的基础上，同时考虑了结构几何变形的影响，以增量求解的方法实现结构的有限位移分析。Fleming也是利用稳定函数的轴力对弯矩和弯矩对轴力的影响来修正传统的线性刚度阵。Nazmy等人把Fleming法的平面问题推广到空间分析中去。现代悬索桥的分析必须计入施工过程对结构受力的影响。首先计算构件无应力长度，然后根据施工流程逐阶段计算本次施工引起的已建结构状态变化，并对内力和变形进行累计，最终形成成桥内力和构形。悬索桥计算理论的发展，在一定程度上也代表了其它桥梁结构计算理论的发展。大跨径拱桥的计算就经历了与悬索桥相同的发展过程。早期中等跨径斜拉桥，计算中用杆单元模拟斜拉索，发现了斜拉索垂度对结构刚度的影响，Ernst首先提出了用换算弹性模量法来改善计算结果。当索长小于200m且拉索应力在500MPa左右时，其误差小于5%，因此，Ernst公式的应用是有条件限制的。对那些跨径大、梁或塔轴力对弯矩的影响大、结构几何非线性特征明显的结构一般用非线性分析。而对那些结构刚度较大，跨径不大的桥型，如连续梁、刚构等，目前仍采用线弹性理论进行分析。当今桥梁结构静力分析在大跨径桥梁计算方面，还致力于结构的成桥状态确定和非线性施工仿真计算。分析更注重于精细化，比如悬索桥主缆与鞍座在施工过程中的接触问题、斜拉桥拉索锚固区的局部应力分析等问题均都有学者进行了研究。由于有限元方法的完善和计算机技术的发展，桥梁结构的静力分析方法已逐步统一于程序化有限元分析。对计算结果进行判断、审核是桥梁结构分析的又一重要环节。在这一环节中，必须明确结构分析的目的。我们分析结构的目的不仅是为了研究其假定模型在一定荷载作用下最可能的响应，而且还要回答分析结果与假设条件是否相符的问题，比如假定土是弹性体，而计算结果却出现桩在土内的位移量很大，相应位置的土的应变已经超过了其弹性应变，此时分析结果与土是弹性体的假定不符，应该修正假定。同样，假定结构是线弹性的，而计算结果却出现局部构件应力超过材料屈服极限的现象，也是分析结果与假定不符的例子。将结果转换成有用的设计数据也是桥梁结构分析不可缺少的重要一环。随着计算机的发展，科学计算的可视化技术已越来越为人们所重视。它可以将科学计算过程中以及计算结果的数据转换成几何图形及图像信息，在屏幕上显示出来并进行交互处理，成为发现和理解科学计算过程中各种现象的有力工具。这一技术在桥梁结构分析软件中的应用，不仅能使各种计算命令图像化、菜单化；数据交互输入形象化，而且能用图像检查输入文件的正误；动态显示活载影响线及加载过程；仿真显示施工过程及相应结构的变形和内力状态。一旦发现异常，便可中断计算，对结构的约束、荷载、预应力等一系列参数进行复查。</p>

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